DE60117778T2 - Ceramic beads packed together as bone substitute material - Google Patents
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Abstract
Description
Gebiet der ErfindungTerritory of invention
Die Erfindung bezieht sich auf beschichtete Keramikkügelchen, die so gepackt werden können, dass sie ein Knochenersatzmaterial bilden.The This invention relates to coated ceramic beads that are so packaged can that they form a bone substitute material.
Hintergrund der Erfindungbackground the invention
Eine gute Knochenheilung und anschließende günstige Knochennachmodellierung ist abhängig von der Beibehaltung einer Stabilität zwischen Knochenfragmenten und von der Beibehaltung physiologischer Spannungsniveaus. Erfolgreiche Bone Graft-Eingriffe erfordern üblicherweise eine osteokonduktive Matrix, die ein Gerüst für den Knocheneinwuchs bereitstellen, osteoinduktive Faktoren, die chemische Mittel bereitstellen, die eine Knochenregeneration induzieren und reparieren, osteogene Zellen, welche durch ihre Fähigkeit, zwischen Osteoblasten und Osteoklasten unterscheiden zu können, die grundlegenden Baublöcke für die Knochenregeneration bereitstellen, und eine im Wesentlichen stabile Implantatstelle. Gegenwärtige Bone Graft-Materialien umfassen Autografts, Allografts und eine Vielzahl von künstlichen bzw. synthetischen Knochenersatzmaterialien.A good bone healing and subsequent favorable bone reshaping depends on maintaining stability between bone fragments and from the maintenance of physiological Voltage levels. Successful bone graft procedures usually require an osteoconductive matrix that provides a scaffold for bone ingrowth, osteoinductive factors that provide chemical agents that induce and repair bone regeneration, osteogenic cells, which by their ability to distinguish between osteoblasts and osteoclasts, the basic building blocks for the Provide bone regeneration, and a substantially stable Implant site. current Bone graft materials include autographs, allografts and a Variety of artificial or synthetic bone replacement materials.
Damit strukturelle Knochenreparaturmaterialien in üblicher Weise verwendet werden können, müssen sie in komplexe Formen geformt werden können, die so gestaltet sind, dass sie an die Konturen der Reparaturstelle passen. Genau konturierte Grafts verbessern die Integration des natürlichen Knochens und sorgen für eine bessere Belastbarkeit. Ein inniger Belastungskontakt zwischen dem natürlichen Knochen und dem Knochenersatzmaterial ist häufig erforderlich, um eine Knochennachmodellierung und Regeneration zu unterstützen, die zur Vereinnahmung des Grafts durch den Gastknochen führt. Ein allgemeiner Überblick über orthopädische Implantiermaterialien wird gegeben in Damien, Christopher j. und Parsons, Russel J. "Bone Graft and Bonde Graft Substitutes: A Review of Current Technology and Applications", Journal of Applied Bio Materials, Band 2, Seiten 197–208 (1991).In order to structural bone repair materials are used in the usual way you can, you must can be shaped into complex shapes that are designed that they fit the contours of the repair site. Precisely contoured grafts improve the integration of natural bone and provide for one better resilience. An intimate stress contact between the natural Bone and the bone substitute material is often required to make a To support bone modeling and regeneration, the for collecting the grafts by the guest bone leads. One general overview of orthopedic implant materials is given in Damien, Christopher j. and Parsons, Russell J. "Bone Graft and Bonde Graft Substitutes: A Review of Current Technology and Applications, Journal of Applied Bio Materials, Volume 2, pages 197-208 (1991).
Knochenersatzmaterialien haben eine spezielle Anwendung bei der Reparatur einer Bandscheibendegeneration, und ein Verfahren und eine Vorrichtung für eine solche Reparatur ist offenbart in Kuslich, US Patente 5,549,679 und 5,571,189. Diese Patente beschreiben eine chirurgische Operation, in welcher ein Loch seitlich in einen degenerierten Scheibenkörper gebohrt wird, das Loch in die Körper der Knochenwirbel oberhalb und unterhalb der Scheibe ausgeweitet wird, so dass ein weiter, möglichst gerundeter Hohlraum, gebildet wird. Der Arzt führt dann einen flexiblen Stoffbeutel in den Hohlraum ein und füllt den Beutel mit einem teilchenförmigen Knochenersatzmaterial. Das bevorzugte Füllmaterial lässt sich als fein zerhackte Chips aus kortikalem oder spongiösem Knochenanteil für die Fusion aus Hydroxyapatit oder ähnlichem biologisch verträglichen Materialien oder aus Bindegewebe, wenn eine Faservereinigung erwünscht ist, identifiziert. Wenn der Beutel voll gepackt ist, wird seine Mundöffnung verschlossen und wird der chirurgische Eingriff an der Stelle in üblicher Weise repariert.Bone substitutes have a special application in the repair of disc degeneration, and a method and apparatus for such repair in U.S. Patent Nos. 5,549,679 and 5,571,189. These patents describe a surgical operation in which a hole is lateral into a degenerate disk body is drilled, the hole in the body of the Bone vertebra is widened above and below the disc, so that one continues, as possible rounded cavity is formed. The doctor then carries a flexible cloth bag into the cavity and fills the bag with a particulate Bone substitute material. The preferred filler material can be as finely chopped chips of cortical or cancellous bone for the Fusion of hydroxyapatite or the like biocompatible Materials or connective tissue when a fiber combination is desired, identified. When the bag is fully packed, its mouth is closed and the surgical procedure becomes more common at the site Way repaired.
In Verbindung mit der an den obigen Patenten beschriebenen Vorgehensweise wurden Experimente durchgeführt, mit dem Ziel, die kortikalen oder spongiösen Knochenchips durch andere Teilchenmaterialien zu ersetzen, einschließlich spezieller Keramikkügelchen. Die Kügelchen können aus Zirkon, Aluminiumoxid, Hydroxyapatit oder einem anderen keramischen Material hergestellt sein und können eine im Wesentlichen kubische Form haben, wobei die scharfen Kanten der Würfel abgerundet sind. Wenn Keramikkügelchen dieser Art in einem Stoffbeutel dicht gepackt sind, können sich die Kügelchen aneinander reiben und feine Teilchen erzeugen, wenn sie relativ stabile Positionen in Bezug zueinander suchen. Darüber hinaus können die Kügelchen selbst natürlich brechen, wenn sie Packungskräften ausgesetzt sind. Selbst dann, wenn sie dicht gepackt sind, können sich die Kügelchen noch in Abhängigkeit von sich verschiebenden Belastungen ein wenig in Bezug zueinander bewegen, bis der Knocheneinwuchs ihre Positionen stabilisiert. Es ist wünschenswert, eine solche Bewegung zu unterbinden, auch insofern, als dass eine solche Bewegung örtliche Ausbildungen einer hohen Spannung erzeugen können, die zu einem Bruch der Kügelchen führt.In Compound with the procedure described in the above patents experiments were carried out with the aim of passing the cortical or cancellous bone chips through others To replace particulate materials, including special ceramic beads. The beads can zircon, alumina, hydroxyapatite or another ceramic Material can be made and can be one have a substantially cubic shape, with the sharp edges of the cube are rounded. If ceramic beads This type can be packed tightly in a fabric bag the beads together rub and produce fine particles when they are relatively stable positions looking in relation to each other. About that can out the beads themselves Naturally break when exposed to packing forces are. Even if they are tight, they can the beads still in dependence shifting loads somewhat in relation to each other move until bone ingrowth stabilizes its positions. It is desirable to prevent such a movement, also insofar as that one such movement local Formations of a high voltage can generate, leading to a rupture of globule leads.
Es wäre wünschenswert, Keramikkügelchen zu schaffen, die gegenüber einer relativen Bewegung und einem Bruch resistent sind, wenn sie zum Beispiel in einem Stoffbeutel gemäß den Lehren der obigen Patente zusammengepackt sind, und die darüber hinaus osteokonduktive und osteoinduktive Materialien enthalten können, wie beispielsweise ein knochenmorphogenes Eiweiß, um den Knocheneinwuchs zu fördern.It would be desirable Ceramic beads too create that opposite a relative movement and a break are resistant when they for example in a cloth bag according to the teachings of the above patents packed together, and those beyond osteoconductive and osteoinductive materials, such as a bone morphogenetic Protein, to promote bone ingrowth.
Zusammenfassung der ErfindungSummary the invention
Wir haben heraus gefunden, dass Keramikkügelchen, die jeweils einen Keramikkörper aufweisen, der mit einem biologisch abbaubaren Polymer beschichtet ist, besonders brauchbar sind, wenn sie bei der oben erwähnten Operation verwendet werden. Die Polymerbeschichtung sorgt für eine gewisse Elastizität in einem gepackten Bett der Keramikkügelchen und hilft auch dabei, die Kügelchen weniger bröckelig zu machen, wenn sie sich unter Spannung übereinander bewegen. Die Keramikkügelchen sind möglichst osteokonduktiv und sind vor zugsweise aus einem Keramikmaterial gebildet, das während des Knochenwachstums resorbiert wird, wie beispielsweise Hydroxyapatit, Trikalzium Phosphat oder Mischungen dieser Materialien. Die Kügelchen können entweder und/oder auf ihren Oberflächen ein knochenmorphogenes Eiweiß enthalten und dieses kann auch in den biologisch abbaubaren Polymerbeschichtungen auf den Kügelchen enthalten sein.We have found that ceramic beads each having a ceramic body coated with a biodegradable polymer are particularly useful when used in the above-mentioned operation. The polymer coating provides some elasticity in a packed bed of ceramic beads and also helps to make the beads less friable as they move under tension. The ceramic beads are osteoconductive as possible and are preferably before a ceramic material which is absorbed during bone growth, such as hydroxyapatite, tricalcium phosphate or mixtures of these materials. The beads may contain either and / or on their surfaces a bone morphogenic protein and this may also be included in the biodegradable polymer coatings on the beads.
In struktureller Hinsicht können die Kügelchen fest und dicht sein oder porös sein. Feste, dichte Kügelchen können ein höheres Elastizitätsmodul haben und eine größere Festigkeit zeigen, als dies poröse Kügelchen tun. Allerdings kommt das geringere Elastizitätsmodul poröser Kügelchen dem Elastizitätsmodul eines natürlichen Knochens sehr viel näher. Poröse Kügelchen, die in der vorliegenden Erfindung brauchbar sind, können ein kontinuierliches, stark stützendes Rahmenwerk von Streben haben, das eine Mehrzahl von untereinander verbundenen Zwischenräumen liefert, die Poren bilden, welche sich über ihre Volumina ausdehnen und auf ihren Oberflächen öffnen. Ein knochen-morphogenes Eiweiß kann in den Poren aufgenommen und mithilfe dieser transportiert werden, so dass dieses zur Unterstützung des Knochenwachstums zur Verfügung steht. So stellt die Erfindung in einer Ausführungsform Keramikkügelchen bereit, die, wenn sie gepackt oder zusammengruppiert sind, als Knochenersatzmaterial nützlich sind. Die Kügelchen umfassen jeweils einen Keramikkörper mit einer Außenfläche, die eine Form mit Massevolumen bildet. Die Außenflächen der Kügelchen tragen eine im Wesentlichen kontinuierliche Beschichtung eines biologisch abbaubaren Polymers, wobei die Beschichtung eine Oberfläche bereit stellt, welche ermöglicht, dass die Kügelchen in einer kohärenten, lasttragenden Masse zusammengepackt werden können, wenn sie Komprimierungskräften ausgesetzt sind, so dass ein Zerbrechen von Kügelchen aufgrund des Aneinanderreibens benachbarter Kügelchen vermieden wird, sich die Kügelchen aber frei aneinander vorbei bewegen können, wenn sie nicht komprimiert sind. Die Polymerbeschichtungen versehen die gepackten Kügelchen mit einem Maß an Elastizität, um in harmloser Weise Stosskräfte zu absorbieren, die andernfalls zu einer Brüchigkeit der Kügelchen führen könnten.In structurally speaking the beads be firm and dense or porous be. Solid, dense spheres can a higher one Have elastic modulus and greater strength show as this is porous globule do. However, the lower modulus of elasticity of porous beads is the modulus of elasticity a natural one Bone much closer. porous beads which are useful in the present invention may include continuous, strong supportive Framework of aspirations that have a plurality of each other connected spaces which form pores that expand across their volumes and open on their surfaces. One Bone-morphogenic protein can absorbed in the pores and transported by these so this for support of bone growth is available. Thus, in one embodiment, the invention provides ceramic beads ready, when packed or grouped together, as a bone substitute material useful are. The beads each comprise a ceramic body with an outer surface, the one Form with mass volume forms. The outer surfaces of the beads carry a substantially continuous Coating a biodegradable polymer, wherein the coating a surface provides, which allows that the beads in a coherent, load-bearing mass can be packed together when exposed to compressive forces are, causing a breakage of globules due to rubbing together adjacent beads is avoided, the beads but they can move freely past each other if they are not compressed are. The polymer coatings provide the packed beads with a degree Elasticity, harmless shock forces to absorb, otherwise to fragility of the beads to lead could.
In einer weitern Ausführungsform bezieht sich die Erfindung auf einen Artikel, der für den Ersatz oder die Stabilisierung eines Knochens brauchbar ist. Der Artikel umfasst einen Stoffbeutel, der aus einem Stoff mit Öffnungen gebildet wird, die so bemessen sind, dass ein Knochenwachstum durch diese hindurch möglich ist. In den Beutel sind eine Mehrzahl von Keramikkügelchen des oben beschriebenen Typs gepackt. An Kontaktpunkten zwischen den Kügelchen halten biologisch abbaubare Polymerbeschichtungen auf den Außenflächen der Kügelchen die Kügelchen davor ab, aneinander vorbei zu gleiten, wenn sie sich in ihrer gepackten Ausrichtung im Beutel befinden. Die Beschichtungen liefern auch einen dünnen, elastischen Belag, mit dem die Auswirkungen plötzlicher Kräfte, wie beispielsweise komprimierende Stoßkräfte, zu dämpfen. Der mit den polymerbeschichteten Keramikkügelchen, der beschriebenen Art gepackte Beutel liefert eine stabile Implantatstruktur, die für spinale und andere orthopädische Eingriffe brauchbar ist.In another embodiment The invention relates to an article intended for replacement or the stabilization of a bone is useful. The item Includes a fabric bag made of a fabric with openings is formed, which are such that a bone growth through this possible is. In the bag are a plurality of ceramic beads of the type described above. At contact points between the beads keep biodegradable polymer coatings on the outer surfaces of the Globules the globule to slip past each other when they are in their packed Orientation in the bag. The coatings deliver as well a thin, elastic Surface with which the effects of sudden forces, such as compressing Shock forces, too dampen. The with the polymer-coated ceramic beads described Type-packed bags provide a stable implant structure that for spinal and other orthopedic procedures is usable.
Wie bereits früher erwähnt, können die Kügelchen bedarfsweise ein kontinuierliches, stark stützendes Rahmenwerk aus Streben haben, die eine Mehrzahl von untereinander verbundenen Zwischenräumen liefern, welche miteinander verbunden Öffnungen oder Poren bilden, die sich durch das ganze Volumen erstrecken und sich an der Keramikoberfläche der Kügelchen öffnen und vorzugsweise auch an der biologisch abbaubaren Polymerbeschichtung öffnen.As earlier mentioned, can the beads if necessary, a continuous, strongly supporting framework of struts having a plurality of interconnected spaces, which interconnected openings or form pores that extend through the entire volume and on the ceramic surface open the beads and preferably also open on the biodegradable polymer coating.
Kurzbeschreibung der ZeichnungenSummary the drawings
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformdetailed Description of the preferred embodiment
Die in der Erfindung nützlichen Kügelchen können im Grunde aus einem beliebigen biologisch kompatiblen Keramikmaterial sein, sind aber vorzugsweise aus solchen Keramikmaterialien, die osteokonduktiv sind, und insbesondere aus solchen, die in den Prozess des Knocheneinwuches resorbiert werden können. Geeignete Keramikmaterialien umfassen Hydroxyapatit, Trikalzium Phosphat und Mischungen davon. Bedarfsweise können die Kügelchen auch ein oder mehrere nicht resorbierbare Keramikmaterialien enthalten, wie Zirkonium oder Aluminiumoxid. Wenn die Keramik resorbierbar ist, beispielsweise dann, wenn ein Gemisch Hydroxyapatit und Trikalzium Phosphat verwendet wird, wird die sich bei der Heilung ergebende Struktur durch den Knocheneinwuchs eine Knochenform annehmen. Wenn andererseits ein Anteil der Keramik aus einem nicht resorbierbarem Material besteht, wie beispielsweise Zirkonium, verbleibt in der Stützstruktur ein Zirkoniumnetzwerk, und dies mag der Knochenstruktur die gewünschte Steifigkeit verleihen.The useful in the invention Globules can in Basically made of any biologically compatible ceramic material but are preferably made of such ceramic materials, the are osteoconductive, and in particular from those involved in the process of bone ingrowth can be absorbed. Suitable ceramic materials include hydroxyapatite, tricalcium phosphate and mixtures thereof. If necessary, you can the beads also contain one or more non-absorbable ceramic materials, such as zirconium or alumina. When the ceramic is absorbable is, for example, when a mixture of hydroxyapatite and tricalcium Phosphate is used, which results in healing Structure by the bone ingrowth assume a bone shape. If on the other hand, a proportion of the ceramic from a non-absorbable Material exists, such as zirconium, remains in the support structure a zirconium network, and this may give the bone structure the desired rigidity to lend.
Die Keramikkügelchen selbst können feste, dichte Strukturen sein oder können einen variierenden Grad an Porosität zeigen. In einer Ausführungsform haben die Kügelchen, auf welche eine Beschichtung aufgebracht wird, wie dies unten beschrieben wird, Poren, die sich über ihr ganzes Volumen erstrecken. Möglichst sollte jedes Kügelchen einen Keramikkörper mit einer Außenfläche umfassen, die eine Form mit einem Massevolumen bildet und ein kontinuierliches stark stützendes Rahmenwerk aus Streben aufweist, die eine Mehrzahl von miteinander verbundenen Zwischenräumen oder Poren liefern. Die Kügelchen der Erfindung haben vorzugsweise eine rundliche Form, und obwohl unterschiedliche Größen von Kügelchen zusammengemischt und in der Erfindung verwendet werden können, ist es erwünscht, dass die Kügelchen eine im Wesentlichen einheitliche Größe haben, um für eine gute Packung sorgen und um zu ermöglichen, dass zwischen den Kügelchen kontinuierliche Öffnungen beibehalten werden, wenn sie zusammengepackt sind. Das heißt, es wird vorgezogen, die Verwendung von Mischungen von Kügelchen unterschiedlicher Größen zu vermeiden, in welchen kleinere Kügelchen die Öffnungen zwischen größeren Kügelchen verstopfen oder stark verengen können.The ceramic beads themselves may be solid, dense structures or may exhibit a varying degree of porosity. In one embodiment, the beads to which a coating is applied, as described below, have pores that extend throughout their entire volume. If possible, every bead egg ceramic body having an outer surface forming a mass volume shape and having a continuous high support framework of struts providing a plurality of interconnected spaces or pores. The beads of the invention preferably have a roundish shape, and although different sizes of beads may be mixed together and used in the invention, it is desirable that the beads have a substantially uniform size to provide good packing and to enable that continuous openings are maintained between the beads when they are packed together. That is, it is preferred to avoid the use of mixtures of globules of different sizes in which smaller beads can clog or severely narrow the openings between larger beads.
Wenn poröse Kügelchen verwendet werden, bilden die inneren, untereinander verbundenen Zwischenräume jedes Kügelchens Öffnungen, die sich durch das gesamte Volumen des Kügelchen erstrecken und die sich an der Oberfläche der Kügelchen öffnen, so dass die Poren von außerhalb der Kügelchen "zugänglich" sind. Die Kügelchen können so hergestellt sein, dass sie Poren verschiedener Durchmesser haben. Vorzugsweise sind die Kügelchen mit Poren mit Bereich von etwa 0,3 bis etwa 50 Micron hergestellt.If porous globule used to form the inner, interconnected interspaces every globule openings, which extend through the entire volume of the bead and the on the surface open the beads, so that the pores from outside the beads are "accessible". The beads can be prepared so that they have pores of different diameters. Preferably, the beads are made with pores ranging from about 0.3 to about 50 microns.
Poröse Keramikkügelchen können durch ein Verfahren hergestellt werden, in welchem ein viskoses Sol eines Polymers, wie beispielsweise Zellulose, und ein primäres Lösungsmittel, wie beispielsweise N-Methyl-Morpholin-N-Oxid ("NMMO") bei Kontakt mit einem sekundären Lösungsmittel, wie beispielsweise Wasser oder Alkoholen, mit welchen das primäre Lösungsmittel mischbar ist, in welchen aber das Polymer nicht lösbar ist, koagulieren wird, wenn das primäre Lösungsmittel aus dem Sol extrahiert wird, so dass eine offene Polymerstruktur zurückbleibt. Es wird Bezug genommen auf die US Patente 4,246,221 (McCorsley), 4,416,698 (McCorsley), 5,252,284 (Jurkowic et al.) und 5,540,874 (Yamada et al.). Siehe auch US Patent 3,508,941 (Johnson).Porous ceramic beads can be prepared by a process in which a viscous Sol of a polymer, such as cellulose, and a primary solvent, such as N-methyl-morpholine-N-oxide ("NMMO") when in contact with a secondary Solvent, such as water or alcohols, with which the primary solvent is miscible, but in which the polymer is not soluble, will coagulate if the primary solvent extracted from the sol, leaving an open polymer structure remains. Reference is made to U.S. Patents 4,246,221 (McCorsley), 4,416,698 (McCorsley), 5,252,284 (Jurkowic et al.) And 5,540,874 (Yamada et al.). See also U.S. Patent 3,508,941 (Johnson).
Wie in der mitangemeldeten US Patentanmeldung, amtliches Aktenzeichen Nr. 09/286919, eingereicht am 06. April 1999 unter der Bezeichnung "Sinterable Structures and Method" beschrieben ist, können sinterfähige Keramikmaterialien, wie beispielsweise Hydroxyapatit, Trikalzium Phosphat, Zirkonium, Aluminiumoxid, etc., mit dem viskosen Sol des Polymers gemischt werden. Deshalb kann das Gemisch koaguliert werden, so dass durch Kontakt mit einer sekundären Flüssigkeit ein Gel gebildet wird, in welchem das Polymer nicht lösbar ist und welches das primäre Lösungsmittel extrahiert und ersetzt, so dass ein feines, offenes Polymernetzwerk mit dem in diesem angeordneten sinterfähigen Pulver zurückbleibt. Das Material kann in geeigneter Weise in Fasern, Flächengebilde, Schläuche etc. geformt wer den, entweder in Form des viskosen Sol (z.B. durch Extrusion) oder durch Formung des resultierenden Gels.As in the co-pending US patent application, official file reference No. 09/286919 filed on Apr. 6, 1999 under the name "Sinterable Structures and Method " is, can sinterable Ceramic materials such as hydroxyapatite, tricalcium Phosphate, zirconium, alumina, etc., with the viscous sol of Polymers are mixed. Therefore, the mixture can be coagulated, such that a gel is formed by contact with a secondary liquid, in which the polymer is not soluble is and which is the primary solvent extracted and replaced, leaving a fine, open polymer network with the remaining in this arranged sinterable powder remains. The material may be suitably coated in fibers, sheets, hoses etc. molded, either in the form of the viscous sol (e.g. Extrusion) or by shaping the resulting gel.
Von besonderer Nützlichkeit ist hier ein Verfahren, in welchem das viskose Sol mit den Keramikteilchen tröpfchenweise in ein Nicht-Lösungsmittel für das Sol überführt wird, wie beispielsweise in ein 50/50 Volumenprozent Wasser/NMMO-Gemisch. Die resultierenden rundlichen Teilchen können gesammelt, auf einem Sieb in einem Trocknungsofen getrocknet und anschließend langsam auf Sintertemperaturen erwärmt werden. Während des Temperaturanstiegs wird das organische Sol-Material durch Pyrolyse entfernt, so dass ein Netzwerk aus in Kontakt miteinander befindlichen sinterfähigen Keramikteilchen zurückbleibt. Schließlich, wenn das Material auf Sintertemperaturen gebracht ist, sintern die sich noch in einer durch die Konfiguration des Gels bestimmten Konfiguration befindlichen Keramikteilchen so, dass starke, rundliche, poröse, selbsttragende Keramikkügelchen gebildet werden. Diese Kügelchen, mit Poren in einem Durchmesserbereich von etwa 0,3 bis etwa 50 Micron und einer Erstreckung durch das ganze Volumen der Kügelchen, sind dem Wesen nach unterschiedlich zu dem semiporösen Produkt, das sich aus der einfachen Sinterung von in Formen gepresster keramischer Pulver ergibt. Im letzteren Fall werden die Poren oder Öffnungen, die anfänglich zwischen den Teilchen vorhanden sind, kleiner und verschlossen, wenn die Teilchen ineinander hinreichend zusammenwachsen, um selbsttragende Keramikgebilde zu bilden, wobei die Poren gegebenenfalls weitestgehend zugeschmolzen werden, wenn die Dichte des Materials zunimmt.From special usefulness Here is a method in which the viscous sol with the ceramic particles dribs and drabs is converted into a non-solvent for the sol, such as in a 50/50 volume percent water / NMMO mixture. The resulting roundish particles can be collected on a sieve dried in a drying oven and then slowly to sintering temperatures heated become. While the temperature rise becomes the organic sol material by pyrolysis removed, leaving a network in contact with each other sinterable Ceramic particles remains. After all, when the material is brought to sintering temperatures, the sinter still in a configuration determined by the configuration of the gel ceramic particles such that strong, round, porous, self-supporting ceramic beads be formed. These beads, with pores in a diameter range of about 0.3 to about 50 microns and an extension through the whole volume of the beads, are essentially different from the semi-porous product, resulting from the simple sintering of ceramic pressed into molds Powder results. In the latter case, the pores or openings, the initial between the particles are present, smaller and closed, when the particles grow together sufficiently to be self-supporting To form ceramic structure, wherein the pores optionally as far as possible melted as the density of the material increases.
In jedem Fall können die in der Erfindung brauchbaren porösen Keramikkügelchen hergestellt werden, indem zuerst ein viskoses Gemisch präpariert wird, das ein sinterfähiges, keramisches Pulver oder Gemisch aus Pulvern, wie beispielsweise keramische Stoffe, wie Hydroxyapatit, Trikalzium Phosphat, Zirkonium, Aluminiumoxid oder dergleichen, in einem Sol eines Polymers, wie beispielsweise Zellulose, in einem primären Lösungsmittel, wie beispielsweise NMMO, umfasst, das primäre Lösungsmittel durch eine sekundäre Flüssigkeit ersetzt wird, in welcher das Polymer unlöslich ist (wie ein Wasser/NMMO-Gemisch), um ein Gel mit einem offenen Polymernetzwerk herzustellen, das das sinterfähige Pulver in sich aufweist, die sekundäre Flüssigkeit aus dem Gel entfernt wird und das Produkt auf Sintertemperaturen gebracht wird, um die Polymerstruktur zu entfernen und die gewünschte offene, poröse Keramikstruktur zu bilden. Wie vorher erwähnt, ist es wünschenswert, dass das viskose Gemisch mit dem Keramikpulver und einem primären Lösungsmittel dem sekundären Lösungsmittel als Tröpfchen hinzu gefügt wird, um so ein rundliches Teilchen herzustellen.In any event, the porous ceramic beads useful in the invention can be prepared by first preparing a viscous mixture comprising a sinterable ceramic powder or mixture of powders such as ceramics such as hydroxyapatite, tricalcium phosphate, zirconium, alumina or the like; in a sol of a polymer, such as cellulose, in a primary solvent, such as NMMO, the primary solvent is replaced by a secondary liquid in which the polymer is insoluble (such as a water / NMMO mixture) to form a gel with an open polymer network having the sinterable powder in it, the secondary liquid being removed from the gel and the product being brought to sintering temperatures to remove the polymer structure and form the desired open, porous ceramic structure. As previously mentioned, it is desirable that the viscous mixture with the Ke ramikpulver and a primary solvent is added to the secondary solvent as droplets, so as to produce a roundish particle.
Das poröse Innere der oben beschriebenen Keramikteilchen kann wenigstens teilweise mit einem knochen-morphogenen Eiweiß gefüllt sein, um die Bildung neuer Knochenmasse zu induzieren. Ein knochen-morphogenes Eiweiß ist ohne Weiteres aus wirtschaftlichen Quellen erhältlich und ein spezielles knochen-morphogenes Eiweiß BMP-7, verkauft als OP-1 durch Stryker Biotech, einer Division der Stryker Corp., ist für diesen Zweck geeignet. Knochenmorphogenes Eiweiß kann im ganzen Porenvolumen des Kügelchens enthalten sein, und in dieser Ausführungsform ist es wichtig, dass sich die Poren des Kügelchens ganz durch das Volumen des Kügelchens erstrecken und an der Oberfläche des Kügelchens zugänglich und offen sind.The porous Interior of the ceramic particles described above may be at least partially be filled with a bone-morphogenic protein to the formation of new To induce bone mass. A bone-morphogenic protein is without Other available from commercial sources and a special bone morphogenes Protein BMP-7, sold as OP-1 by Stryker Biotech, a division of Stryker Corp., is for suitable for this purpose. Bone morphogenetic protein can be found throughout the pore volume of the bead be contained, and in this embodiment it is important that is the pores of the bead extend completely through the volume of the bead and on the surface of the bead accessible and are open.
Die Verwendung von knochen-morphogenem Eiweiß in Verbindung mit keramischen Materialien wurde im US Patent 4,596,574 (Urist) beschrieben, wobei die keramischen Materialien dort durch eine Pulver-Sintertechnik gebildet werden. Die Lehren des Patent'574 von Urist sind hier durch Bezugnahme mit aufgenommen. In Verbindung mit Kügelchen der Erfindung kann knochen-morphogenes Eiweiß in Form eines pulverförmigen Feststoffs mit den Kügelchen entweder vor oder nach dem Aufbringen der biologisch abbaubaren Polymerbeschichtung kombiniert werden, und durch Stoßen/Bewegen (wie durch eine Kugelmühle) kann das Pulver auf den beschichteten oder unbeschichteten Kugeloberflächen oder, falls es vor der Polymerbeschichtung aufgebracht wird, wenigstens teilweise innerhalb der Poren der Kügelchen an-/eingebaut werden. Es kommt in Betracht, dass knochen-morphogenes Eiweißpulver unter Verwendung von elektrostatischen Anziehungstechniken auf die Kügelchen aufgebracht werden kann, bei welchen den Kügelchen und den Pulverteilchen entgegen gesetzte Ladungen gegeben werden.The Use of bone morphogenic protein in combination with ceramic Materials have been described in U.S. Patent 4,596,574 (Urist), wherein the ceramic materials there by a powder sintering technique be formed. The teachings of Urist's' 574 patent are incorporated herein by reference recorded with. In connection with beads of the invention bone-morphogenic protein in Form of a powdered Solid with the beads either before or after application of the biodegradable Polymer coating are combined, and by pushing / moving (as by a ball mill) the powder can be applied to the coated or uncoated spherical surfaces or, if applied before the polymer coating, at least partially incorporated within the pores of the beads. It comes into consideration that bone-morphogenes protein powder under Use of electrostatic attraction techniques on the beads can be applied, in which the beads and the powder particles given opposite charges.
Das knochen-morphogene Eiweiß kann in die Kügelchen durch verschiedene Techniken unter Verwendung von flüssigen oder gelartigen Vehikeln eingebaut werden. Zum Beispiel kann ein knochen-morphogenes Eiweißpulver, wie BMP-7, in einer Salzlösung gelöst werden und können poröse Kügelchen in geeigneter Weise mit der Lösung in Kontakt gebracht werden, wie beispielsweise durch Eintauchen, damit die Lösung in die Poren eintreten kann. Das Eindringen der Lösung in die Poren kann erleichtert werden, indem ein Vakuum gezogen wird, so dass die Kügelchen entgasen und die Lösung das entwichene Gas (z.B. Luft) in den Kügelchen ersetzt. Die Kügelchen können dann getrocknet werden, so dass in den Poren ein Rest des Eiweißes zurückbleibt. Bedarfsweise kann die Eiweißlösung in den Kügelchen verbleiben, wenn diese in den Beutel eingeführt werden, oder kann die Lösung den Kügelchen hinzu gefügt werden, wenn sie bereits im Beutel aufgenommen sind, beispielsweise durch die Verwendung einer geeigneten Spritze. Im Allgemeinen sind die Poren der Teilchen so klein, dass die Lösung ohne Weiteres in den Poren durch Kapillarwirkung zu rückgehalten wird. Falls die Retention der Lösung in den Kügelchen durch Kapillarwirkung nicht ausreicht, kann biologisch verträgliches Verdickungsmittel, wie beispielsweise ein Collagen, Chitosan, oder ein Polymer, wie beispielsweise ein Poly(Vinylalkohol) oder Methylzellulose, in die Lösung eingefügt werden, um deren Viskosität zu steigern. Die Konzentration des knochen-morphogenen Eiweißes in den Poren kann erhöht werden, indem die Kügelchen wiederholt mit einer Lösung des knochen-morphogenen Eiweißes in Kontakt gebracht werden und dann getrocknet werden, um das Lösungsmittel zu entfernen.The bone-morphogenic protein can in the beads by various techniques using liquid or gel-like vehicles are incorporated. For example, a bone morphogenetic Egg white powder, like BMP-7, in a saline solution solved can and can porous beads suitably with the solution be brought into contact, such as by immersion, with it the solution into the pores can occur. The penetration of the solution in the pores can be relieved by pulling a vacuum, so that the beads degas and the solution the escaped gas (e.g., air) in the beads is replaced. The beads can then dried so that a residue of the protein remains in the pores. If necessary, the protein solution in the beads remain when they are introduced into the bag, or the solution can globule added if they are already in the bag, for example through the use of a suitable syringe. In general are The pores of the particles are so small that the solution readily in the pores retained by capillary action becomes. If the retention of the solution in the beads by capillary action is insufficient, biologically compatible Thickening agents, such as a collagen, chitosan, or a Polymer, such as a poly (vinyl alcohol) or methyl cellulose, into the solution be inserted to their viscosity to increase. Concentration of bone-morphogenic protein in Pores can be increased be repeated by repeating the beads with a solution bone-morphogenic protein be contacted and then dried to the solvent to remove.
Die keramischen Oberflächen der Kügelchen tragen eine Beschichtung aus einem biologisch abbaubaren Polymermaterial. Die bevorzugten biologisch abbaubaren Polymere sind Poly(Milchsäure) ("PLA") und Poly(Glycolsäure) ("PGA"). Vorzugsweise wird ein Milchsäure/Glycolsäure-Copolymer aus in etwa äquimolaren Mengen von Milchsäure- und Glycolsäure-Monomeren verwendet, wobei die Rate der biologischen Abbaubarkeit eine Funktion der Rate dieser Monomere ist. Die Polymere selbst können auf der Oberfläche der keramischen Kügelchen durch irgendein geeignetes Mittel abgelagert werden. In einem bevorzugten Beschichtungsverfahren können die Kügelchen in einem aufwärts strömenden Gas in Suspension gebracht werden, um eine Wirbelschicht zu bilden. Ein feiner Sprühstrahl einer Lösung des biologisch abbaubaren Polymers wird in die Wirbelschicht eingeleitet, wobei feine Tröpfchen der Lösung auf den keramischen Oberflächen der Kügelchen aufgenommen werden, um die Kügelchen zu beschichten, und das Lösungsmittel durch die fortgesetzte Strömung des Gases von den Kügelchen verdampft wird.The ceramic surfaces carry the beads a coating of a biodegradable polymer material. The preferred biodegradable polymers are poly (lactic acid) ("PLA") and poly (glycolic acid) ("PGA"). Preferably a lactic acid / glycolic acid copolymer from approximately equimolar Quantities of lactic acid and glycolic acid monomers the rate of biodegradability is a function the rate of these monomers is. The polymers themselves can be used on the surface the ceramic beads deposited by any suitable means. In a preferred Coating methods can be used globule in an upward direction flowing Gas are brought into suspension to form a fluidized bed. A fine spray a solution the biodegradable polymer is introduced into the fluidized bed, being fine droplets the solution the ceramic surfaces taken up the beads be to the beads to coat, and the solvent through the continued flow gas from beads is evaporated.
Alternativ können die Polymere aus einer Lösung aufgebracht werden, zum Beispiel durch Präparieren einer Lösung aus einem biologisch abbaubaren Polymer oder aus Polymeren in einem geeigneten Lösungsmittel, wie Methylenchlorid, präpariert wird. Die Kügelchen werden aus der Polymerlösung nach einigen wenigen Sekunden heraus gezogen. Wenn poröse Kügelchen verwendet werden, ist die Zeit, während der die Kügelchen in der Lösung verbleiben, abhängig von der Eindringung der Polymerlösung in die Poren der Kügelchen. Nach der Entfernung aus der Lösung können die Kügelchen auf einem Sieb oder einem anderen geeigneten Träger abgelegt werden, der in der Lage ist, die Kügelchen voneinander getrennt zu halten. Die Verwendung eines Siebes aus einem Draht- oder Polymer-Maschenwerk ermöglicht, dass die Kügelchen in getrennten Maschenöffnungen abgestützt werden, so dass verhindert wird, dass Kügelchen aneinander anhaften. Die beschichteten Kügelchen können mit wasserfreier Luft luftgetrocknet werden und werden in eine Exsikkator aufbewahrt.Alternatively, the polymers may be applied from a solution, for example, prepared by preparing a solution of a biodegradable polymer or from polymers in a suitable solvent such as methylene chloride. The beads are pulled out of the polymer solution after a few seconds. When porous beads are used, the time during which the beads remain in solution depends on the penetration of the polymer solution into the pores of the beads. After removal from the solution, the beads may be placed on a sieve or other suitable support capable of keeping the beads separate. The use of egg A wire or polymer mesh sieve allows the beads to be supported in separate mesh apertures to prevent beads from adhering to one another. The coated beads can be air dried with anhydrous air and stored in a desiccator.
Die Beschichtung, die auf die Kügelchen aufgebracht wird, ist im Wesentlichen kontinuierlich. Eine vollständige Abdeckung ist natürlich nicht erforderlich. Im Falle von porösen Kügelchen kann ein Teil der biologisch abbaubaren Polymerslösung in den Poren aufgenommen und können die Poren selbst durch die Beschichtung hindurch öffnen. Die Beschichtung auf dem Äußeren der Kügelchen ist in jedem Falle im Wesentlichen vollständig und kann in ihrer Dicke von etwa 50 bis etwa 200 nm liegen, basierend auf der Gewichtszunahme der Kügelchen, die sich aus dem Beschichtungsprozess ergibt, und auf SEM-Schätzwerte. So ist im Falle von porösen Kügelchen die Dicke der Beschichtung vorzugsweise geringer als der Durchmesser der Poren und ganz bevorzugt wenigstens eine Größenordnung geringer als der Porendurchmesser.The Coating on the beads is applied is essentially continuous. A complete cover is natural not mandatory. In the case of porous beads, part of the biological degradable polymer solution absorbed in the pores and can open the pores themselves through the coating. The Coating on the exterior of the globule is in any case essentially complete and may be in thickness from about 50 to about 200 nm, based on the weight gain the beads that resulting from the coating process and SEM estimates. So is in the case of porous beads the thickness of the coating is preferably less than the diameter the pores, and more preferably at least an order of magnitude lower than that Pore diameter.
Bedarfsweise kann ein knochen-morphogenes Eiweiß in der Polymerbeschichtung enthalten sein, um den Knocheneinwuchs zu unterstützen. Dies kann herbei geführt werden, indem das knochen-morphogene Eiweiß in einer Lösung des polymeren Materials eingebaut wird, das Lösungsmittelsystem nutzt, das sowohl das knochen-morphogene Eiweiß als auch das biologisch abbaubare Polymer aufnimmt, wie beispielsweise eine Poly(Glycolsäure). Wie oben angemerkt, könnte das knochen-morphogene Eiweiß auch in die Beschichtung eingebaut werden, indem dieses einfach als ein trocknes Pulver auf die beschichtete Oberfläche der Kügelchen aufgebracht wird, und eine solche Auftragung auf die Beschichtung, bevor diese vollständig ausgetrocknet ist, kann sich als vorteilhaft erweisen. Ein Stoßen/Rühren, wie durch eine Kugelmühle, der Tröpfchen mit hinzu gegebenem Pulver, kann auch dazu beitragen, das Eiweißpulver wenigstens ein wenig in die Beschichtung einzubauen, so dass nur wenig des Pulvers verloren geht, wenn die Tröpfchen in einem Beutel überführt werden.If necessary, may be a bone-morphogenic protein in the polymer coating be included to aid bone ingrowth. This can be brought about by removing the bone-morphogenic protein in a solution of the polymer material is used, the solvent system uses both the bone morphogenic protein and the biodegradable Polymer, such as a poly (glycolic acid). As noted above bone-morphogenic protein too be incorporated into the coating by simply using this as a dry powder is applied to the coated surface of the beads, and such a coating on the coating before it has completely dried out, may prove beneficial. An impact / stirring, as by a ball mill, the droplet with added powder, can also help the protein powder at least a little bit in the coating, so that only Little of the powder is lost when the droplets are transferred in a bag.
Die biologisch abbaubaren, polymerbeschichteten Oberflächen der Kügelchen ermöglichen, wenn sie trocken sind, dass die Kügelchen ohne Weiteres aneinander vorbei gleiten können, wenn sie zum Beispiel von einem Behälter in einen anderen geschüttet werden. Die Beschichtung schützt die Kügelchen vor einer Zerbrechung und Fragmentierung der Schüttung, wie beim Füll- und Packvorgang. Falls die Kügelchen nicht unter Druck, durch Kompaktieren derselben, abgelegt werden, werden sie ohne Weiteres weiter fließen. Sobald jedoch die Kügelchen zusammengepackt sind und einer Kompressionskraft ausgesetzt sind, wie sie in dem Stoffbeutel auftritt, der bei der oben erwähnten Wirbelsäulenoperation verwendet wird, führt die Polymerbeschichtung auf den Kügelchen dazu, dass die Kügelchen aneinander haften können. Es wird angenommen, dass die Polymerbeschichtungen an Kontaktpunkten der Kügelchen fusionieren und so die Kügelchen in die Lage versetzen, zu einer kohärenten Masse zu verklumpen oder zusammengepackt zu werden.The biodegradable, polymer coated surfaces of globule allow, if they are dry, that the beads can easily slip past each other when, for example from a container poured into another become. The coating protects the beads before a break and fragmentation of the bed, as in the filling and Packing process. If the beads not be deposited under pressure by compacting them, they will continue to flow without further ado. However, once the beads are packed together are and are subjected to a compressive force, as in the Cloth bag used in the above-mentioned spinal surgery occurs will, leads the polymer coating on the beads cause the beads can stick to each other. It is believed that the polymer coatings at contact points the beads merge and so the beads enable it to agglomerate into a coherent mass or to be packed together.
Durch die Verwendung von rundlichen Kügelchen, vorzugsweise mit einem ziemlich einheitlichen Durchmesser, wird ein kurvenreicher Durchgangsweg zwischen den gepackten Kü gelchen erhalten. Von Bedeutung ist, dass die Beschichtungen die Kügelchen in die Lage versetzen, leicht schüttbar zu sein und sich einerseits auf diese Weise selbst zu einer dicht gepackten Masse anzuordnen, sobald aber die Kügelchen dicht gepackt sind und somit unter einer gewissen Komprimierung stehen, die Beschichtung dazu dient, die Kügelchen vor einem Aneinanderreiben zurückzuhalten und somit das Zerbrechen oder Pulverisieren der Kügelchen zu minimieren. Darüber hinaus führen die beschichteten Kügelchen, wenn sie zusammengepackt sind, dazu, aneinander anzuhaften und der gepackten Masse von Kügelchen einen Grad an Elastizität zu verleihen.By the use of round globules, preferably with a fairly uniform diameter a winding passage between the packed Kü gelchen receive. Of importance is that the coatings the beads enable them to be easily pourable and on the one hand to arrange in this way even to a densely packed mass, but as soon as the beads are tightly packed and thus under a certain compression The coating serves to prevent the beads from rubbing against each other withhold and thus breaking or pulverizing the beads to minimize. About that lead out the coated beads, when they are packed together, to cling to each other and the packed mass of beads a degree of elasticity to rent.
Die Kügelchen selbst haben vorzugsweise Größen im Bereich von etwa 1 bis 5 mm und sind, wie bereits angemerkt, vorzugsweise im Wesentlichen rundlich. Es ist auch erwünscht, dass die Kügelchen für die Verwendung in einer Beutelprozedur, wie sie nun beschrieben wird, von einheitlicher Größe sind, um das Packen zu erleichtern, und auch, um einen offenen Durchgangsweg zwischen den Kügelchen aufrecht zu erhalten.The globule themselves preferably have sizes in the range from about 1 to 5 mm and are, as already noted, preferably essentially roundish. It is also desirable that the beads be used in a bag procedure, as now described, of uniform Size are around to facilitate packing, and also to an open passageway upright between the beads to obtain.
Die
Verwendung von Kügelchen
der Erfindung in einem chirurgischen Eingriff ist in
In Übereinstimmung
mit den Vorgehensweisen, die in Kuslich, US Patent 5,549,679, ausgeführt sind,
wird ein Loch
In
die auf diese Weise präparierte,
ausgeweitete Kammer
Der Stoffbeutel kann aus Polyester oder einem anderen geeigneten biologisch verträglichen Material hergestellt sein. Unter "Stoff' wird sowohl eine Gewebestruktur als auch eine Film- oder flächenartige Struktur mit in den Wänden ausgebildeten Perforationen verstanden. Der Stoff kann ausreichend flexibel sein, so dass dieser in der Lage ist, zusammengelegt und in den zwischen benachbarten Wirbeln ausgebildeten Hohlraum eingeführt zu werden, muss aber stark genug sein, ein Zerreißen oder Auftrennen zu vermeiden, wenn er mit Kügelchen der Erfindung gefüllt ist.Of the Fabric bag can be made of polyester or another suitable organic compatible material be prepared. Under 'fabric' is both a Tissue structure as well as a film or sheet-like structure with in the walls trained perforations understood. The substance can be sufficient be flexible so that this one is able to put it together and to be introduced into the cavity formed between adjacent vertebrae, but must be strong enough to avoid tearing or splitting if he is with beads filled the invention is.
Die
Kügelchen
bilden, so wie sie in den Beutel gepackt sind, eine stabile, sich
nicht bewegende Masse, die in der bevorzugten Ausführungsform
von porösen
Kügelchen
eine Porosität
auf zwei Niveaus zeigt. Erstens liefert die Masse von im Wesentlichen rundlichen
Kügelchen,
die dicht zusammengepackt sind, eine Reihe von Lücken zwischen den Kügelchen und
ermöglicht,
dass Körperfluide
und gegebenenfalls Knochenmasse vollständig durch die Beutelinhalte
hindurch eindringen können.
Zweitens können
die Kügelchen
selbst, wenn sie porös
sind, in vorteilhafter Weise knochen-morphogenes Eiweiß oder andere
Knochenwachstumsmaterialien tragen und können auf diese Weise solche
Knochenwachstumsmaterialien an die Stelle des gewünschten
Knochenwachstums liefern. So bilden die Kügelchen, wie sie in die Kammer
In den folgenden nicht beschränkenden Beispielen wurden beschichtete Keramikteilchen in einen Polyesterbeutel gepackt und einer wiederholten mechanischen Belastung ausgesetzt. Für jedes Beispiel wurden so beschichtete und unbeschichtete (Kontroll-)Teilchen getestet.In the following non-limiting Examples were coated ceramic particles in a polyester bag packed and subjected to repeated mechanical stress. For each The example became so coated and uncoated (control) particles tested.
Beispiel 1example 1
Gesinterte keramische Würfel aus Hydroxyapatit, etwa 2 mm groß, die teilweise durch Behandlung in einer Vibratormühle gerundet worden waren, wurden von Ceramed Co. geliefert. Die Dichte der Würfel war größer als 98% der rechnerischen Größe. Diese wurden durch Eintauchen in eine Lösung von 0,75 Gramm eines Copolymers aus gleichen Anteilen PGA und PLA (Alkermes Corp.), gelöst in 10 cc Methylenchlorid beschichtet. Die beschichteten Würfel wurden trommel-getrocknet auf einem Metallsieb in trockener Luft für 10 Minuten und in einem mit Argon gefüllten Exsikkator aufbewahrt. Die beschichteten Würfel hafteten nicht aneinander. Das Polymer ist im Wesentlichen fest aber elastisch. Die Würfel wurden später in einen Polyester-Stoffbeutel mit etwa 1 Inch Durchmesser unter Verwendung eines mechanischen Werkzeugs eingeführt, welches diese auf dem Wege einer Stoß- und Vibrationslast dicht gepackt hat. Der mit Teilchen gefüllte Beutel wurde einer intensiven mechanischen Belastung und einer Umbiegung von 1 Million Zyklen unter Verwendung einer biaxialen Testmaschine Enduratec ausgesetzt, welche auf die Proben sowohl eine Kompressionsals auch eine Torsionsbelastung aufbringt.Sintered ceramic dice of hydroxyapatite, about 2 mm in size, which had been partially rounded by treatment in a vibratory mill, were supplied by Ceramed Co. The density of the cubes was greater than 98% of the calculated size. These were coated by immersion in a solution of 0.75 grams of a copolymer of equal proportions of PGA and PLA (Alkermes Corp.) dissolved in 10 cc of methylene chloride. The coated cubes were drum-dried on a metal wire in dry air for 10 minutes and stored in an argon-filled desiccator. The coated cubes did not stick together. The polymer is in Essentially firm but elastic. The cubes were later inserted into a polyester cloth bag about 1 inch in diameter using a mechanical tool which tightly packed them by means of a shock and vibration load. The particle-filled pouch was subjected to intense mechanical stress and 1 million cycle deflection using a Enduratec biaxial test machine which applies both compressive and torsional loading to the samples.
Beispiel 2Example 2
Beispiel 1 wird wiederholt, mit Ausnahme dessen, dass die Keramikwürfel aus Zirkonium hergestellt sind, das von Coors Corp. geliefert wird.example 1 is repeated, except that the ceramic cube out Zirconium manufactured by Coors Corp. is delivered.
Beispiel 3Example 3
Beispiel 2 wird wiederholt, mit Ausnahme dessen, dass die Lösung 1,5 Gramm des PGA/PLA-Copolymers in 10 cc Methylenchlorid enthält.example 2 is repeated, except that the solution is 1.5 Gram of PGA / PLA copolymer in 10 cc of methylene chloride.
Beispiel 4Example 4
Beispiel 2 wird wiederholt, mit Ausnahme dessen, dass die Keramikwürfel aus Porzellan hergestellt sind, das von Continental Clay Col, Minneapolis, Minnesota, geliefert wird.example 2 is repeated, except that the ceramic cube off Porcelain made by Continental Clay Col, Minneapolis, Minnesota, is delivered.
Beispiel 5Example 5
In einem 150 ml Becher werden 70 cc N-Methylmorpholinoxid/Wasser in einem gewichtsabhängigen 50:50 Gemisch gefüllt. Unter Verwendung eines Rührstabes auf einer Magnetrührer-Heizhaube wird das Gemisch bei einer mittleren Stufe gerührt, während gleichzeitig 2,6 g der pulverförmigen Zellulose (Aldrich Chemical Company) mit einer mittleren Teilchengröße von 20 μm hinzu gegeben wird. Das Gemisch wird dann erhitzt und gerührt, so dass es ein gleichmäßiges, klares, viskoses orangenes Sol bildet. Während dieses Sol noch heiß ist, werden 15,0 g eines Pulvers hinzu gegeben, das 85 Gew.-% Hydroxyapatit ("HA") und 15% Trikalzium Phosphat ("TCP") enthält, und in das viskose Sol verrührt, bis sich eine gleichmäßige Suspension bildet, die durch den Wegfall von Hydroxyapatit-Klümpchen und durch ein insgesamt gleichförmiges, milchig weißes Erscheinungsbild erkennbar wird.In A 150 ml beaker contains 70 cc of N-methylmorpholine oxide / water a weight-dependent 50:50 Mixture filled. Using a stir bar on a magnetic stirrer heating mantle the mixture is stirred at a medium stage while 2.6 g of the powdery Cellulose (Aldrich Chemical Company) with an average particle size of 20 microns added becomes. The mixture is then heated and stirred to give a uniform, clear, forming a viscous orange sol. While this sol is still hot, 15.0 g of a powder containing 85% by weight of hydroxyapatite are added ("HA") and 15% tricalcium Contains phosphate ("TCP"), and stirred into the viscous sol, until a uniform suspension formed by the elimination of hydroxyapatite lumps and by an overall uniform, milky white Appearance is recognizable.
Das resultierende Material wird auf eine Spritze übertragen, und das Material wird tröpfchenweise in ein Wasserbad gegeben. Im Wesentlichen rundliche Teilchen werden in dem Wasser gebildet und das Wasser ersetzt das N-Methylmorpholinoxid. Die resultierenden rundlichen Teilchen werden bei 50°C auf einem Drahtrost getrocknet und werden dann von dem Drahtrosthalter entfernt und auf 1200°C erhitzt, um die Zellulose zu pyrolysieren und die Hydroxyapatit/TGP-Keramik zu sintern. Das resultierende Produkt ist ein starkes mikroporöses, keramisches rundliches Kügelchen mit einem Durchmesser von etwa 2 mm. Die Teilchen werden dann beschichtet und wie im Beispiel 1 getestet.The resulting material is transferred to a syringe, and the material is drop by drop placed in a water bath. Become essentially roundish particles formed in the water and the water replaces the N-methylmorpholine oxide. The resulting roundish particles are dried at 50 ° C on a wire grid and are then removed from the wire grate holder and heated to 1200 ° C, to pyrolyze the cellulose and the hydroxyapatite / TGP ceramic to sinter. The resulting product is a strong microporous, ceramic roundish globule with a diameter of about 2 mm. The particles are then coated and tested as in Example 1.
Beispiel 6Example 6
Beispiel 5 wird wiederholt, mit Ausnahme dessen, dass die Zusammensetzung der keramischen Kügelchen 65 Gew.-% HA und 35 Gew.-% TCP beträgt.example 5 is repeated, except that the composition the ceramic beads 65 wt% HA and 35 wt% TCP.
Beispiel 7Example 7
Rundliche Teilchen, die wie in Beispiel 6 hergestellt sind, wurden in eine wässrige Salzlösung eingetaucht, die einen roten Farbstoff enthält. Die Kügelchen wurden dahin gehend getestet, ob sie die Eindringung des Farbstoffs offenbaren und wurden vorher und nachher ausgewogen, um die Menge der absorbierten Lösung zu bestimmen. In diesem offenporigen Kügelchen (etwa 40% Porosität) wurden im Wesentlichen alle Poren mit der Lösung gefüllt.roundish Particles prepared as in Example 6 were placed in a aqueous saline solution dipped, which contains a red dye. The beads were going there tested whether they revealed and were the penetration of the dye balanced before and after to increase the amount of absorbed solution determine. In this open-pore globule (about 40% porosity) were essentially all pores filled with the solution.
Beispiel 8Example 8
Um einen optischen Nachweis über den Grad der Anhaftung des pulverförmigen knochenmorphogenen Eiweißes an der Oberfläche der Teilchen zu liefern, wurden rundlichen Teilchen, die wie im Beispiel 6 hergestellt wurden, in einem Eisen(II, III)-Oxid für 30 Sekunden getrommelt, um das Pulver auf die PGA/PLA-Beschichtung auf den Kügelchen aufzubringen. (10 Gramm Pulver auf 2 Gramm Kügelchen). Methylenchlorid (1 Gew.-%) wurde mit dem schwarzen Pulver vor dem Trommeln in einer Kugelmühle vermischt. Nahezu das gesamte schwarze Pulver haftete an den keramischen Kügelchen.Around an optical detection over the degree of adhesion of the powdery bone morphogenetic protein to the surface To deliver the particles were roundish particles, as in the Example 6 were prepared in an iron (II, III) oxide for 30 seconds tumbled to apply the powder to the PGA / PLA coating on the beads. (10 grams of powder on 2 grams of beads). Methylene chloride (1 wt%) was mixed with the black powder before Drums in a ball mill mixed. Almost all of the black powder adhered to the ceramic Beads.
ErgebnisseResults
Es wird angenommen, dass es von großer Bedeutung ist, die teilchenförmigen Materialien während des Knochenheilungsprozesses daran zu hindern, sich in Bezug zueinander zu bewegen, wenn sie unter physischen Belastungen angeordnet sind. Eine solche Stabilität ist wichtig mit fortschreitendem Knochenwiederherstellungsprozess, bis der eingewachsene natürliche Knochen die Stabilisierungsfunktion übernimmt. Ein Zerbrechen der Kügelchen kann zu einem Verlust Stabilität des gepackten Bettes führen; die daraus resultierenden Stückchen und Staubteilchen können Lückenräume füllen, die für den hinein wachsenden Knochen notwendig sind, und es wird angenommen, dass feinpulveriges HA die Osteogenese stören kann.It It is believed that it is of great importance to use the particulate materials while to prevent the bone healing process from relating to each other to move when they are under physical stress. A such stability is important with the progress of the bone repair process, until the ingrown natural Bone takes over the stabilization function. A break of the Can beads to a loss stability lead the packed bed; the resulting pieces and dust particles can Fill gap spaces that for the in growing bones are necessary and it is believed that finely powdered HA can interfere with osteogenesis.
In jedem der obigen Beispiele wurden die Beutel nach einer wiederholten Torsion- und Kompressionsbelastung hinsichtlich der Kugelanhaftung und hinsichtlich des Kugelbruches und der unerwünschten Bildung von pulverförmigen Kugelfragmenten untersucht.In The bags were repeated after each of the above examples Torsion and compression loading in terms of ball adhesion and in terms of ball breakage and the undesired formation of powdered ball fragments examined.
Unsere Untersuchung der beschichteten Kügelchen jedes Beispiels zeigte, dass die Kügelchen aneinander gehaftet bleiben; um sie aus dem Beutel heraus zu nehmen, musste man sie lose brechen. Im Gegensatz dazu wurde, als unbeschichtete Kügelchen verwendet wur den, keine Haftung beobachtet, und die Kügelchen waren lose im Beutel.Our Examination of the coated beads each example showed that the beads stuck together stay; you had to take them out of the bag break loose. In contrast, it was called uncoated beads used, no adhesion observed, and the beads were loose in the bag.
Anfängliche Tests mit Porzellanteilchen zeigten eine etwa zweifache Abnahme der Brüchigkeit (gemessen in Prozent Kügelchen, die zerbrochen waren) von beschichteten gegenüber unbeschichteten. Die gerundeten HA- und Zirkoniumwürfel zeigten eine 2- bis 4-fache Abnahme der Brüchigkeit, beschichtet gegenüber unbeschichtet. Die porösen Kügelchen aus HA/TCP-Zusammensetzungen zeigten bis zu einer neunfachen Abnahme der Brüchigkeit, beschichtet gegenüber unbeschichtet, wobei weniger als 1% der Kügelchen überhaupt eine Beschädigung zeigten.initial Tests with porcelain particles showed about a two-fold decrease of brittleness (measured in percent globules, which were broken) from coated to uncoated. The rounded ones HA and zirconium cubes showed a 2- to 4-fold decrease in brittleness, coated versus uncoated. The porous ones globule from HA / TCP compositions showed up to a ninefold decrease the brittleness, coated across from uncoated, with less than 1% of the beads showing damage at all.
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